Question

【題目】研究煤的合理利用及 CO2的綜合應(yīng)用有著重要的意義。請(qǐng)回答以下問題：

I.煤的氣化

已知煤的氣化過程涉及的基本化學(xué)反應(yīng)有：

①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+131kJ·mol-1

②CO(g)+3H2(g) CH4(g) +H2O(g) △H=akJ·mol-1

查閱資料反應(yīng)②中相關(guān)化學(xué)鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	C≡O	H—H	H—C	H—O
E(kJ·mol-1)	1072	436	414	465

(1)則反應(yīng)②中 a =_____________。

(2)煤直接甲烷化反應(yīng) C(s) + 2 H2 (g) CH4(g) 的△H=為 _____kJ mol-1， 該反應(yīng)在_____________（填“高溫”或“低溫 ”）下自發(fā)進(jìn)行。

II.合成低碳烯烴

在體積為1 L 的 密閉容器中，充入 1mol CO2和 2 .5 mol H2, 發(fā)生 反應(yīng)： 2CO2 ( g) + 6 H2(g)C2H4(g)+4 H2O(g) △H=-128kJ·mol-1，測(cè)得溫度對(duì)催化劑催化效率和CO2 平衡轉(zhuǎn)化率的影響如右圖 所 示 ：

(3) 圖中低溫時(shí)， 隨著溫度升高催化劑的催化效率提高， 但 CO2的平衡轉(zhuǎn)化率卻反而降低 ，其原因是_______________．

(4) 250℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K 值為____________。

III.合成甲醇

在恒溫 2 L 容積不變的密閉容器中，充入 1molCO2 和 3 molH2, 發(fā)生反應(yīng)：. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g),測(cè)得不同時(shí)刻反應(yīng)前后容器內(nèi)壓強(qiáng)變化（p后/p前）如下表：

時(shí)間/h	1	2	3	4	5	6
p后/p前	0.90	0.85	0.82	0.81	0.80	0.80

(5) 反應(yīng)前 1 小時(shí)內(nèi)的平均反應(yīng)速率 v(H2）為_______molL-1h-1 , 該溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為_____________。

Answer 1

【答案】-206 -75 低溫 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，所以二氧化碳的轉(zhuǎn)化率降低 1 0.3 40%

【解析】

（1）焓變△H=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能=a=1072 kJ/mol +3×436 kJ/mol -（4×414 kJ/mol +2×465 kJ/mol）=-206kJ/mol，故答案為：-206；

（2）由蓋斯定律，方程式①+②得到C(s) + 2H2 (g)CH4(g)，則△H=-75 kJ/mol，反應(yīng)△H<0，△S<0，則低溫下能使△H-T△S<0，所以低溫能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：-75；低溫；

（3）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，則二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故答案為：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，所以二氧化碳的轉(zhuǎn)化率降低；

（4）250℃時(shí)，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，可列三段式為：

2CO2 ( g) + 6 H2(g)C2H4(g)+4 H2O(g)

，故答案為：1；

（5）在恒溫2L容積不變的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，發(fā)生反應(yīng)，設(shè)1h消耗二氧化碳的物質(zhì)的量為x，則有三段式：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)

氣體壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量之比，則，x=0.2mol，氫氣的反應(yīng)速率；

平衡狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)之比為0.8，設(shè)消耗二氧化碳的物質(zhì)的量為y，則有三段式：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)

，y=0.4，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率= ，故答案為：0.3；40%。